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Stat3 激活通过肌肉特异性 E3 泛素连接酶 Fbxo40 诱导胰岛素抵抗。

Stat3 activation induces insulin resistance via a muscle-specific E3 ubiquitin ligase Fbxo40.

机构信息

Baylor College of Medicine, Department of Medicine, Nephrology Division, Houston, Texas.

University of Texas MD Anderson Cancer Center, Division of Internal Medicine, Houston, Texas.

出版信息

Am J Physiol Endocrinol Metab. 2020 May 1;318(5):E625-E635. doi: 10.1152/ajpendo.00480.2019. Epub 2020 Feb 26.

Abstract

Cellular mechanisms causing insulin resistance (IR) in chronic kidney disease (CKD) are poorly understood. One potential mechanism is that CKD-induced inflammation activates the signal transducer and activator of transcription 3 (Stat3) in muscle. We uncovered increased p-Stat3 in muscles of mice with CKD or mice fed high-fat diet (HFD). Activated Stat3 stimulates the expression of Fbxo40, a muscle-specific E3 ubiquitin ligase that stimulates ubiquitin conjugation leading to degradation of insulin receptor substrate 1 (IRS1). Evidence that Stat3 activates Fbxo40 includes ) potential Stat3 binding sites in Fbxo40 promoters; ) Stat3 binding to the promoter; and ) constitutively active Stat3 stimulating both Fbxo40 expression and its promoter activity. We found that IL-6 activates Stat3 in myotubes, increasing Fbxo40 expression with reduced IRS1 and p-Akt. Knockdown Fbxo40 using siRNA from myotubes results in higher levels of IRS1 and p-Akt despite the presence of IL-6. We treated mice with a small-molecule inhibitor of Stat3 (TTI-101) and found improved glucose tolerance and insulin signaling in skeletal muscles of mice with CKD or fed an HFD. Finally, we uncovered improved glucose tolerance in mice with muscle-specific KO versus results in mice in response to the HFD. Thus Stat3 activation in muscle increases IR in mice. Inhibition of Stat3 by TTI-101 could be developed into clinical strategies to improve muscle insulin signaling in inflammation and other catabolic diseases.

摘要

细胞机制导致慢性肾脏病 (CKD) 中的胰岛素抵抗 (IR) 理解甚少。一种潜在的机制是 CKD 诱导的炎症激活肌肉中的信号转导和转录激活因子 3 (Stat3)。我们发现 CKD 小鼠或高脂肪饮食 (HFD) 喂养的小鼠肌肉中 p-Stat3 增加。激活的 Stat3 刺激肌肉特异性 E3 泛素连接酶 Fbxo40 的表达,该酶刺激泛素缀合,导致胰岛素受体底物 1 (IRS1) 的降解。Stat3 激活 Fbxo40 的证据包括:)Fbxo40 启动子中存在潜在的 Stat3 结合位点;)Stat3 与启动子结合;和)组成型激活的 Stat3 同时刺激 Fbxo40 的表达及其启动子活性。我们发现 IL-6 在肌管中激活 Stat3,增加 Fbxo40 的表达,同时减少 IRS1 和 p-Akt。用肌管中的 siRNA 敲低 Fbxo40 会导致 IRS1 和 p-Akt 的水平升高,尽管存在 IL-6。我们用 Stat3 的小分子抑制剂 (TTI-101) 治疗 CKD 或 HFD 喂养的小鼠,发现小鼠骨骼肌的葡萄糖耐量和胰岛素信号得到改善。最后,我们发现肌肉特异性 KO 小鼠的葡萄糖耐量改善,而 KO 小鼠对 HFD 的反应则没有改善。因此,肌肉中 Stat3 的激活会增加小鼠的 IR。通过 TTI-101 抑制 Stat3 可能会被开发成改善炎症和其他分解代谢疾病中肌肉胰岛素信号的临床策略。

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Ubiquitination and Metabolic Disease.泛素化与代谢疾病。
Adv Exp Med Biol. 2024;1466:47-79. doi: 10.1007/978-981-97-7288-9_4.

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Am J Physiol Renal Physiol. 2016 Dec 1;311(6):F1087-F1108. doi: 10.1152/ajprenal.00340.2016. Epub 2016 Oct 5.

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